2014 Fiscal Year Research-status Report
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25420858
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| Research Institution | Japan Aerospace Exploration Agency |
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Principal Investigator |
奥泉 信克 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 助教 (10321564)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 膜面構造 / 波板状断面 / 剛性 / 固有振動数 / 座屈強度 / 振動実験 / 非線形FEM解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度はまず，小型ソーラー電力セイル実験機IKAROSのセイル膜面に貼付した薄膜太陽電池の反りによるセイルの剛性向上効果の解明が喫緊の課題であったため，非線形有限要素法によるセイル膜面の展開形状解析を行い，太陽電池の反りの大きさと展開形状との関係を定量的に検討した．
次に，昨年度に引き続き，折り癖や波板状断面による膜面の剛性向上効果や面外荷重に対する強度などを実験，数値解析，理論解析によって検討した．そのため，矩形膜全体の形状を拘束するための治具を製作し，実験の効率化のため専用の小型真空デシケータを導入した．膜厚15ミクロン，大きさ約200mm×200mm，周期20mm，波高2mmのジグザグ断面の矩形ポリイミド膜について，真空中での固有振動数計測，非線形有限要素法による固有値解析と面外荷重に対する変形解析，断面2次モーメントによる曲げ剛性の見積もりを行った．その結果，解析より実験の方が共振点がやや高くなること，加振振幅の増加に伴い共振点が低下する軟性の非線形性を示すこと，膜厚と波高によって固有振動モードが変化すること，固有値解析結果と断面2次モーメントによる評価結果がやや異なることなどを明らかにした．また，面外荷重解析では，同じ形状でも解析条件によって座屈の様子が異なり，一定の強度を得ることが困難であった．
さらに，厚さ7.5ミクロンのポリイミドフィルムを用い，IKAROSのセイルを単純化した一辺455mmの小型正方形膜面モデルで折り癖を付与しないものと付与したものを作成し，真空中で回転させながら加振し，回転数と１次共振点の関係を計測した．また，直径600mmの円形膜に放射状に折り癖を付与し，同様な実験を行った．それらの結果，折り癖を付与すると，回転数に応じて共振点が上昇または低下する場合があることを確認した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
今年度は，ジグザグ断面の矩形膜の剛性を実験と解析によって定量的に比較検討することができた．しかし，実際の膜面全体に折り癖の角度を正確に与えるための治具や実験装置の製作に慎重を期したこと，真空チャンバが他の研究と共用だったことなどから，実験した膜モデルの数や種類などが十分とはいえない．弾性変形によってサイン波状の断面形状を与えたモデルも作成したが，形状が容易に変形してしまい実験は困難だった．また，剛性の非線形性や座屈強度を振動実験によって計測することは難しく，詳細な解析も進んでいない．振動実験だけでなく，自作の微小荷重試験器を改良して曲げ変形を直接計測することも検討したが，実施できていない．
回転膜面については，折り癖の付与によって共振点が変化することを実験によって確認したが，さらに詳細な実験の実施や解析との比較によるメカニズムの解明が必要である．折り癖だけでなく波状の変形を与えた場合の実験は，拘束治具の設計製作が遅れており，実施できていない．
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度の実績や問題点を踏まえて，まずジグザク断面の矩形膜について，ジグザク折りの波高や周期を変えた振動実験を行い，断面形状と剛性の関係を詳細に計測する．複数の供試体を製作し，形状精度の影響も確認する．
また，折り癖を付与した回転膜面について，さらに詳細な実験を行うとともに，数値解析でも固有振動モードを求め，折り癖による共振点の変化のメカニズムを解明する．矩形膜や円形膜に付与する折り癖のパターンを変えて，剛性向上効果を比較検討する．円形膜を扇子状のジグザグ断面になるよう拘束した場合の回転加振実験も行う．
さらに，折り畳み可能な薄肉部材の貼付による矩形膜や円形膜の剛性向上効果を加振実験によって評価する．適当な膜構造について，剛性向上効果と折り畳み収納を考慮した，効率的な折り癖付与や立体形状化，貼付部材配置を検討する．
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| Causes of Carryover |
できるだけ精度良く実験を行うため，実験治具や装置の検討に慎重を期し，今年度の実験結果を踏まえて次年度に実験治具や装置の改良を行う必要が生じたため．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
矩形膜のジグザク断面の波高や周期を変えた実験を行うための治具の製作，円形膜をジグザク断面になるように拘束して回転加振実験を行うための治具の製作に使用する．
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